特開 2024-68235 圧延方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068235

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】圧延方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 39/14 20060101AFI20240513BHJP

   B21B 1/16 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

B21B39/14 E

B21B1/16 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178522

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】山田 友美

(72)【発明者】

【氏名】原 浩司

(72)【発明者】

【氏名】山上 大作

【テーマコード（参考）】

4E002

【Ｆターム（参考）】

4E002AC12

4E002AC14

4E002BA02

4E002BB01

4E002BB06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大掛かりな設備改造が不要であり、且つガイドに大きな負荷をかけることなく、直棒や線材を連続圧延する際、圧延機間で鋼材が回転することを抑制する。
【解決手段】パスラインに沿って並んだ複数の圧延機で、直棒若しくは線材からなる鋼材を製造する圧延方法であって、圧延機の入り側に鋼材３を案内する一対のガイドローラー５を備え、上記ガイドローラー５に対する前段圧延機での減面率が１２％以上の場合、上記ガイドローラー５に対し、下記式で定義される鋼材保持性αが０．７５以上１．２以下の範囲となるように圧延条件を設定する。
α＝（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθ
ここで、
Ｈ：鋼材の高さ寸法
ｗ：鋼材とガイドローラーとの接触幅
θ：鋼材とガイドローラーとの接触端における、ガイドローラーの曲面に対する垂線と一対のガイドローラーの対向方向とがなす角度
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パスラインに沿って並んだ複数の圧延機で連続圧延して、直棒若しくは線材からなる鋼材を製造する圧延方法であって、
上記複数の圧延機の少なくとも１つの圧延機の入り側に鋼材を案内する一対のガイドローラーを備え、
上記ガイドローラーに対し一つ前の圧延機である前段圧延機での減面率が１２％以上の場合、上記ガイドローラーに対し、下記式で定義される鋼材保持性αが０．７５以上１．２以下の範囲となるように圧延条件を設定する、
ことを特徴とする圧延方法。

α ＝（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθ
ここで、
Ｈ：鋼材の高さ寸法
ｗ：鋼材とガイドローラーとの接触幅
θ：鋼材とガイドローラーとの接触端における、ガイドローラーの曲面に対する垂線と一対のガイドローラーの対向方向とがなす角度
である。

【請求項2】

上記前段圧延機での圧延後の鋼材のアスペクト比（鋼材幅寸法／鋼材高さ寸法）を１．５以下に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載した圧延方法。

【請求項3】

上記前段圧延機の圧延ローラーの対向方向と、上記一対のガイドローラーの対向方向とを同方向とし、上記前段圧延機の圧延ローラーの孔型の曲率と、上記ガイドローラーの孔型の曲率を同じ値に設定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した圧延方法。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の圧延方法を用いて圧延することを特徴とする直棒若しくは線材からなる鋼材の製造方法。

【請求項5】

請求項３に記載の圧延方法を用いて圧延することを特徴とする直棒若しくは線材からなる鋼材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、棒鋼や線材からなる鋼材を連続圧延して製造する際における、圧延する鋼材（被圧延材）の回転（倒れともいう）を抑制するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、入り側ガイド部材における、ガイドローラーの摩耗を抑制するための技術が開示されている。具体的には、エントリーガイド部材の出口側に、第１列ガイドローラーと第２列ガイドローラーとが連設されてなる圧延鋼材ガイド装置が開示されている。第１列ガイドローラーは、金属製のロール胴部を有する。また、第２列ガイドローラーは、窒化珪素セラミック製のロール胴部を有する。
そして、エントリーガイド部材の出口幅がＷｅ、第１列ガイドローラー間隔がＷｒ１及び第２列ガイドローラーのローラー間隔がＷｒ２の場合に、下記式を満足するように設計することが記載されている。すなわち、圧延する鋼材の幅寸法Ｗｓに対し、次の関係に設定した圧延鋼材ガイド装置が開示されている。

【0003】

Ｗｅ ＞ Ｗｒ１＞ Ｗｓ≧ Ｗｒ２
しかし、特許文献１の方法は、鋼材寸法に対してガイドのローラー間隔の隙間が小さいため、ガイドへの負荷が大きいという課題がある。
また、特許文献２には、鋼材の回転を抑制するための技術が記載されている。具体的には、ローラーガイド装置のローラーガイド部のバネ定数Ｋと、ガイドローラーで鋼材を圧下するときの塑性曲線の勾配Ｍとの比Ｋ／Ｍが、０．５以上とすることが開示されている。
しかし、特許文献２の方法は、設備の大掛かりな改造が必要となるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭６２－１７９１０５号公報

【特許文献2】特開平６－１９０４２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者は、種々の検討の結果、次の知見を得た。すなわち、圧延する鋼材の断面形状とガイドローラーの孔型の形状との関係性が不一致であった場合、鋼材に回転が発生する。従来のガイドローラーの孔型は真円に近い孔型形状となっていることから、鋼材に回転が発生する環境にあった。そして、鋼材に回転が発生すると、鋼材が圧延機若しくはガイド装置に詰まりミスロールが発生する。若しくは、鋼材がロール孔型から噛み出すことを起因とする製品疵（折れ込み疵）が発生するおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目したものであり、大掛かりな設備改造が不要であり、且つガイドに大きな負荷をかけることなく、直棒や線材からなる鋼材を連続圧延する際、圧延機間で鋼材が回転することを抑制して、ミスロールや製品疵（折れこみ疵）が発生することなく鋼材を連続圧延可能な、圧延方法および鋼材の製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記知見に基づき、課題を解決するためにガイドローラーの孔型形状と鋼材寸法から導出した鋼材保持性という新たな概念を導入し、その鋼材保持性の範囲を圧延条件として設定した。
課題解決のため、本発明の一態様は、パスラインに沿って並んだ複数の圧延機で連続圧延して、直棒若しくは線材からなる鋼材を製造する圧延方法であって、上記複数の圧延機の少なくとも１つの圧延機の入り側に鋼材を案内する一対のガイドローラーを備え、上記ガイドローラーに対し一つ前の圧延機である前段圧延機での減面率が１２％以上の場合、上記ガイドローラーに対し、下記式で定義される鋼材保持性αが０．７５以上１．２以下の範囲となるように圧延条件を設定する。

【0007】

α ＝（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθ
ここで、
Ｈ：鋼材の高さ寸法
ｗ：鋼材とガイドローラーとの接触幅
θ：鋼材とガイドローラーとの接触端における、ガイドローラーの曲面に対する垂線と一対のガイドローラーの対向方向とがなす角度
である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の態様によれば、大掛かりな設備改造が不要であり、ガイドに大きな負荷をかけることなく、直棒や線材からなる鋼材を連続圧延する際に、圧延機間で鋼材が回転することを抑制して、ミスロールや製品疵（折れこみ疵）の発生することなく鋼材を連続圧延可能な、圧延方法および鋼材の製造方法を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】圧延機の並びの例を示す図である。

【図2】圧延機の入り側に配置されたガイド装置の例を示す図である。

【図3】ガイド装置を説明する図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

【図4】鋼材保持性αの導出を説明するための図である。

【図5】鋼材保持性αと減面率との関係を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の圧延設備は、図１に示すように、パスラインに沿って並んだ複数の圧延機１が配置され、その複数列の圧延機１によって、鋼材３を連続圧延して、直棒からなる鋼材３を製造する設備となっている。本開示は、線材からなる鋼材の製造に対しても適用することが出来る。
図１では、加熱炉２から抽出された鋼材３が、コンパクトミル圧延機１Ａ、粗ミル圧延機１Ｂ、中間ミル圧延機１Ｃ、仕上げミル圧延機１Ｄ、棒鋼４ロールミル圧延機１Ｅで順番に圧延されて、目的の鋼材となる。

【0011】

本実施形態では、コンパクトミル圧延機１Ａ、粗ミル圧延機１Ｂ、中間ミル圧延機１Ｃ、仕上げミル圧延機１Ｄの列では、図２に示す模式図のように、水平ロールを備える圧延機と垂直ロールを備える圧延機とが交互に配置されている。また、圧延機の入り側には、鋼材３を圧延ロールの孔型に誘導・保持するガイド装置４を備える。入り側にガイド装置４を有する圧延機を対象圧延機１Ｘとも記載する。また、ガイド装置４の前段の圧延機を前段圧延機１Ｙとも記載する。
ガイド装置４は、例えば、図３に示すように、２列のガイドローラー５を備え、ローラー間で鋼材３を保持可能となっている。図３中、符号４ａはローラーホルダーを示す。また、各ガイドローラー５は、対を成すガイドローラー５で形成され、対を成すガイドローラー５の対向方向は、前段圧延機１Ｙの圧延ローラーの対向方向と同方向に設定されている。

【0012】

そして、本実施形態では、前段圧延機１Ｙでの減面率が１２％以上と設定されているガイド装置４において、そのガイド装置４が有するガイドローラー５の列における、少なくとも１つのガイドローラー５の圧延条件を、下記式で定義される鋼材保持性αが０．７５以上１．２以下の範囲となるように設定する。
鋼材保持性αは、下記式で定義した。
α ＝（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθ
ここで、図４に示すように、
Ｈ：鋼材３の高さ寸法
ｗ：鋼材３とガイドローラー５との接触幅
θ：鋼材３とガイドローラー５との接触端における、ローラーの孔型の曲面の垂線と垂直線（一対のガイドローラーの対向方向）とがなす角度
である。

【0013】

次に、鋼材保持性αの導出について説明する。
孔型５ａを対向させて構成される一対のガイドローラー５は、図４のような配置構成となっている。
このとき、鋼材３が回転しようとすると、鋼材３にスラスト力が発生し、図４に示すような、鋼材３を回転する力Ｆ１、及び鋼材３を回転しようとするモーメントｍ１が発生する。
また、上記の回転モーメントｍ１に対し、鋼材３とガイドローラー５との接触端において、ガイドローラーが鋼材３を保持する力Ｆ２、及びガイドローラーが鋼材３を保持するモーメントｍ２が発生する。

【0014】

なお、図４において、
Ｈ：鋼材３の高さ寸法（ロール孔型深さ×２＋ロール隙）
ｗ：鋼材３とガイドローラー５との接触幅（ガイドローラー５についた接触痕を実測）
θ：鋼材３とガイドローラー５との接触端における、ローラー曲面の垂線と垂直線（一対のガイドローラーの対向方向）とがなす角度
である。
これらの値は、ガイドローラー５の設計図と接触幅の実測値から導出できる。
モーメントｍ１、ｍ２は力学的モーメントであるので、下記の関係が成り立つ。

【0015】

ｍ１＝（Ｈ／２）×Ｆ１ ・・・（１）
ｍ２＝（ｗ／２）×Ｆ２×ｃｏｓθ・・・（２）
そして、ガイドローラー５にて鋼材３を保持できているときには、ｍ１ ＜ ｍ２ となる。このため、（１）式及び（２）式を整理すると、下記（３）式となる。
Ｆ１ ＜（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθ×Ｆ２ ・・・（３）
そして、本実施形態では、（３）式における、Ｆ２に掛かっている係数をαとし、ガイドローラー５での鋼材保持性の評価指標とする。
すなわち、鋼材保持性α＝（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθとした。

【0016】

そして、上記の条件にて実験を行ったところ、０．７５以上≦α≦１．２、好ましくは０．７５≦α≦０．９５のとき、表１に示す通り、鋼材３の回転が抑制されることが確認できた。
鋼材保持性αを上記の範囲にするには、例えば、ガイドローラー５の孔型を、従来の真円に近い形状から、鋼材高さ方向の起伏を少なくし、鋼材幅方向に広げたような楕円形状に変更することで実現できる。
なお、前段圧延機１Ｙとガイドローラー５との距離は、例えば１２ｍ以内であれば、本発明は成立する。好ましくは、前段圧延機１Ｙとガイドローラー５との距離は、６ｍ以内である。

【0017】

（動作その他）
対象とするガイドローラー５の前段圧延機１Ｙでの鋼材３の減面率を１２％以上確保する。これよって、前段圧延機１Ｙのロールでの鋼材３の回転を抑制する。なお、減面率の上限は３５％である。
また、ガイドローラー５に対する前段圧延機１Ｙで、鋼材３の高さ寸法を低減させることで、鋼材３が回転しようとするモーメントを低減し、鋼材３の回転を抑制することができた。
そして、上記条件にて、鋼材保持性αを０．７５≦α≦０．９５の範囲とすることで、ガイドローラー５での鋼材３回転をより確実に防止できるようになる。

【0018】

ここで、鋼材保持性αを０．７５≦α≦０．９５の範囲とすることは、従来よりもガイドローラー５の孔型を真円形状から、鋼材高さ方向の起伏を少なくし、鋼材幅方向に広げたような楕円形状とすることである。このことは、鋼材３とガイドローラー５との接触幅を拡大することとなり、ガイドローラー５が鋼材３を保持するモーメントが向上し、鋼材３の回転を抑制することができる。
また、鋼材保持性αを上記の範囲としてガイドローラー５での鋼材３回転を抑制することを確保した上で、前段圧延後の鋼材アスペクト比（鋼材幅寸法Ｗ／鋼材高さ寸法Ｈ）が１．５以下となるように設定することが好ましい。この場合、より安定して連続圧延が可能となる。ここで、鋼材保持性αは０．７５以上１．２以下とすることでガイドローラー５での鋼材３の回転を抑制できるが、鋼材保持性αは、実績により、０．９５以下が望ましい。また、鋼材アスペクト比が１．５よりも大きくなる場合、鋼材３の断面が高さ方向に過剰に圧延されることとなる。この結果、鋼材幅方向の寸法が大きくなり、後段圧延機のロールギャップ以上の寸法となることで、後段の対象圧延機１Ｘで鋼材３が入らない、詰まるなどの不具合が発生するおそれがある。

【0019】

そして、鋼材３とガイドローラー５の接触幅を確保するために、前段圧延機１Ｙのロール孔型の曲率とガイドローラー５の曲率を同じにすることが望ましい。
ここで、ガイドローラー５と鋼材３との隙間について、片側－０．３～０．０ｍｍ（鋼材３と接触若しくは更に狭める設定）とすることが望ましい。ガイドローラー５の一対のローラー間に鋼材３が侵入する際に、一対のローラーを付勢しているバネに抗して、一対のローラー間が鋼材３の高さ寸法相当となる。
ここで、ガイド装置４は、例えば、板バネ状のたわみ代のある機構・材質を有するものを使用すればよい。ガイドローラー５の対向するローラー間を付勢するバネ係数は２２Ｎ／ｍｍ相当以上であることが望ましい。このバネ係数について特に限定はない。

【0020】

(その他)
本開示は、次の構成も取り得る。
（１）パスラインに沿って並んだ複数の圧延機で連続圧延して、直棒若しくは線材からなる鋼材を製造する圧延方法であって、
上記複数の圧延機の少なくとも１つの圧延機の入り側に鋼材を案内する一対のガイドローラーを備え、
上記ガイドローラーに対し一つ前の圧延機である前段圧延機での減面率が１２％以上の場合、上記ガイドローラーに対し、下記式で定義される鋼材保持性αが０．７５以上１．２以下の範囲となるように圧延条件を設定する、
ことを特徴とする圧延方法。

【0021】

α ＝（ｗ／Ｈ）×ｃｏｓθ
ここで、
Ｈ：鋼材の高さ寸法
ｗ：鋼材とガイドローラーとの接触幅
θ：鋼材とガイドローラーとの接触端における、ガイドローラーの曲面に対する垂線と一対のガイドローラーの対向方向とがなす角度
である。
（２）上記前段圧延機での圧延後の鋼材のアスペクト比（鋼材幅寸法／鋼材高さ寸法）を１．５以下に設定する。
（３）上記前段圧延機の圧延ローラーの対向方向と、上記一対のガイドローラーの対向方向とを同方向とし、上記前段圧延機の圧延ローラーの孔型の曲率と、上記ガイドローラーの孔型の曲率を同じ値に設定する。
（４）本開示の圧延方法を用いて圧延することを特徴とする直棒若しくは線材からなる鋼材の製造方法。

【実施例0022】

(実施例１)
下記の表１に記載の圧延条件にて、実際に実験を行い、鋼材保持性αと鋼材３の回転との関係を評価した。
ここで、鋼材３の回転の評価は、一対のガイドローラーの孔型に対する圧延痕位置のズレの有無で判断した。ズレは、対象圧延スタンド入り側にて、目視で鋼材３の状態を確認した。例えば、木片をガイド出側の鋼材３に当てて、接触跡の有無を確認した。
そして、接触後がある場合を、鋼材３に回転が発生し、目視にて接触後が確認できなった場合を、鋼材３の回転が無いと評価した。

【0023】

【表1】

【0024】

製品径の搬送速度の実績より、０．５ｍ／ｓ～３．９ｍ／ｓの範囲から対象圧延スタンドの搬送速度を設定した。なお、製品径が小さいほど搬送速度が速くなる。但し、対象圧延スタンドの搬送速度は、鋼材３の回転に余り影響が無いと思われる。
この表１から分かるように、鋼材保持性αを０．７５以上０．９５以下の範囲とすることで、鋼材３の回転が有効に抑制されることが分かった。
（実施例２）
また、前段圧延機１Ｙでの減面率と、対象圧延機の入り側に配置されたガイド装置４のガイドローラー５での鋼材保持性αとの関係について求めたところ、図５のような結果が得られた。
図５から分かるように、前段の圧延機で減面率１２％以上の場合に、鋼材保持性αを０．７５以上とすることで、より安定して鋼材３の回転を防止できることが分かった。
また、発明者が確認したところ、従来鋼材に回転が頻発していた製品径（４７ｍｍ～６０ｍｍ）において、本発明の圧延条件を適用することで、圧延機及びガイドローラーでの鋼材保持力が向上し、鋼材回転トラブルによる圧延停止時間が１５％削減されたことを確認した。

【符号の説明】

【0025】

１ 圧延機
１Ｘ 対象圧延機
１Ｙ 前段圧延機
３ 鋼材
４ ガイド装置
５ ガイドローラー
５ａ 孔型
α 鋼材保持性

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】